Le moteur asynchrone: limitation du courant de démarrage

L'appel de courant au démarrage d'un moteur asynchrone peut être gênant pour une installation électrique. Des solutions existent et sont présentées dans cet article. Comment limiter l'appel de courant ?

Le courant de démarrage vaut 5 à 10 fois le courant nominal pour un moteur asynchrone.

Si ça passe... Si l'installation électrique supporte cette pointe de courant à la mise sous tension du moteur, le moteur peut être directement branché au réseau.

...ou si c'est trop limite Dans le cas contraire, le courant de démarrage doit être limité. Il existe plusieurs méthodes pour limiter le courant de démarrage.

Insertion de résistances rotoriques

Dans le cas où le rotor est bobiné (et non en cage d'écureuil), on peut insérer des résistances au rotor (résistances "rotoriques"). Les enroulements du rotor peuvent être connectés à un circuit extérieur (résistances) grâce aux balais qui assurent le contact entre le rotor en mouvement et les connexions vers l'extérieur.

En fonction de la valeur insérée, la courbe de couple se modifie. Le courant de démarrage est d'autant plus faible que les résistances insérées sont grandes. L'enroulement du rotor se comporte comme le secondaire d'un transformateur. Au démarrage, ce secondaire est chargé par les résistances rotoriques. Ensuite, lorsque le moteur tourne déjà, il est court-circuité. La rotation du rotor compense l'appel de courant lié à ce court circuit. Dans le cas contraire, le courant vaudrait le courant de démarrage et ne serait limité que par les inductances et résistances série des enroulements (stator et rotor).

Dans un premier temps, on insère 3 ensembles de 2 résistances en série. La première étape vise à limiter au maximum le courant de démarrage. La courbe de couple se trouve décalée de telle façon que le couple maximum se situe au démarrage (avantage supplémentaire).

Dans un deuxième temps, on supprime (en shuntant) la moitié des résistances.Enfin, on shunte les résistances restantes et le moteur se trouve dans un état "normal" pour son fonctionnement nominal. La variation de couple à fournir se traduit alors par une faible variation de vitesse de rotation (pente raide de la zone utile), ce qui est souhaité.

Démarrage du moteur sous tension réduite

La tension d'alimentation peut être réduite lors du démarrage grâce à un autotransformateur triphasé. Le courant de démarrage est proportionnel à la tension aux bornes des enroulements statoriques. On augmente progressivement la tension alternative aux bornes du moteur en tournant le curseur de l'autotransformateur. On constate que le courant augmente tant que le moteur est bloqué. Lorsque le moteur se met à tourner, le courant baisse fortement. L'autotransformateur peut être remplacé par un gradateur à thyristors.

Démarrage du moteur en couplage étoile puis triangle

On peut aussi réduire la tension aux bornes des enroulements statoriques en faisant un démarrage "étoile - triangle". Au démarrage, le moteur est couplé en étoile, et ensuite, on le couple en triangle. La tension aux bornes des enroulements est alors divisée par √3, et donc malheureusement le couple au démarrage par 3. Cette situation peut empêcher le démarrage du moteur et de sa charge (couple résistant > couple moteur). Le démarrage étoile - triangle ne peut s'appliquer que pour des charges dont le couple résistant au démarrage est plus faible que le couple résistant au régime nominal (machines centrifuges : pompes, ventilateurs).

Quand passer du couplage étoile au couplage triangle ? La vitesse de rotation à laquelle le basculement se produit est d'une grande importance. Si cette vitesse est trop réduite (on bascule trop tôt), l'appel de courant est très important. Mais si on laisse trop longtemps le moteur prendre de la vitesse et qu'il approche le synchronisme, il risque de caler (couple moteur < couple résistant).

Variation de vitesse à U/f = constante

Cette méthode est possible grâce à l'électronique de puissance actuelle (onduleurs). Le démarrage se produit à tension et fréquence réduites.

Le fait de garder le rapport U/f constant permet aux valeurs du flux magnétique de rester identiques pour une tension d'alimentation sinusoïdale. Il n'y a ainsi pas de risque de saturation magnétique.

Après le démarrage et la montée en vitesse du moteur, on atteint le fonctionnement nominal. Si on souhaite encore augmenter la vitesse de rotation, on augmentera la fréquence, mais à tension constante. Le flux magnétique diminue alors. La vitesse de rotation augmentera, mais le couple disponible diminuera : c'est alors une variation à puissance constante.

D'après la relation : Puissance = Couple x Vitesse de rotation, on peut tracer le couple maximum disponible en fonction de la vitesse de rotation ou de la fréquence.